Vad är gendrivningar? Hur forskare kämpar bakom dödliga myggor

Vad är det dödligaste djuret på jorden? Det är en fråga som ger upphov till fruktansvärda lejon, tigrar, hajar och krokodiler. Men svaret är ett djur som inte är mer än 1 centimeter långt.

Några fågelarter, av de tusentals som befinner sig i olika miljöer, är de dödligaste djuren på jorden. Anopheles myggor ensam, överför malaria genom sitt bett och smittar årligen mer än 200 miljoner människor och ansvarar för 400 000 dödsfall per år, varav 70 procent är barn under 5 år.

Andra myggarter överför också sjukdomar - dengue, West Nile och Zika - genom sitt bett.

Vi är genetiker vid Imperial College i London som fokuserar på myggan och dess roll som en vektor av sjukdom. I mer än 20 år har vi fokuserat på utveckling av genetiskt manipulerade myggor. Det beror på att årtionden av malariakontroll har lärt oss att den mest effektiva strategin att förebygga malaria är att kontrollera myggan själv. År av forskning har lett till utvecklingen av det ultimata och sofistikerade genetiska verktyget "gen drive". När det är korrekt konstruerat kan det eliminera myggpopulationer som är inrymda i burar i labbet.

Se också: Hur miljarder parasit-ryttiga myggor som uppkallas av robotar kan bekämpa Zika

Vi bekämpar myggbårna sjukdomar varje dag

Endast kvinnliga myggor biter människor. De dricker humant blod för att samla näringsämnen för att producera sina ägg. Om den kvinnliga myggan är infekterad med ett virus eller en parasit kommer den att passera infektionen på den bittrade personen. Senare, om en oinfekterad mygga biter den nyinfekterade människan, kommer den att plocka upp mikroorganismen och det kommer också att kunna sprida sjukdomen till andra individer.

För en sjukdom som malaria, vilket hotar nästan hälften av världens befolkning, har folkhälsoinitiativen använt en mängd olika metoder för att rikta sig mot malariaparasiten själv, som vacciner och droger. Andra metoder - inklusive bekämpningsmedel, rökbehandling, sängnät och avlägsnande av myggmiljön - strävar efter att minska kontakten med eller antalet myggor. Men vi tror att målsättningen med myggan är det mest effektiva sättet att minska malariafall världen över.

Nu i Afrika, där malariabyrden är störst, sprutar insektsmedel inomhus och sover under insektsmedel-laced sängnät, är de mest effektiva sätten att snabbt minska malariotransmissionen. Dessa kontrollåtgärder och interventioner har hjälpt till att minska malariabyrden på många ställen dramatiskt. Sedan 2010 har dödligheten som orsakats av malaria fallit med 35 procent bland barn under 5 år.

Dessa metoder är dock inte hållbara, och de måste genomföras i stor skala för att nå sin fulla potential. Detta blev uppenbart mellan 2014 och 2016, vilket markerade första gången sedan 2010, där malariapåverkan har ökat, vilket bryter den nedåtgående trenden som observerats under åren tidigare. Myggor utvecklar motstånd mot antimalariala droger och insekticider, och vi rinner ur möjligheter och tid.

En ny metod

För att uppnå malariautrotning måste folkhälsoforskare uppgradera vårt arsenal. Att flytta mot detta mål har vi, Crisanti-labbet här på Imperial College, arbetat med en plan att göra just det.

Nyligen har en teknik som heter CRISPR utvecklats som gör det möjligt för forskare att redigera DNA med stor effektivitet. Forskare över hela världen använder CRISPR för att modifiera mygg DNA med målet att eliminera myggburen sjukdomar, som malaria. I vårt labb har vi utvecklat vad som kanske är den mest avancerade användningen av den teknik som någonsin föreslagits. Det kallas "gen drive". Denna typ av genetisk modifiering har förmågan att sprida ett drag i en vild befolkning, vilket överväger de klassiska lagarna om ärftlighet.

DNA som överförs från en förälder, från en generation till en annan via de klassiska lagarna av ärftlighet, ärverv av endast hälften av varje generations avkomma. Detta håller frekvensen av den genetiska modifieringen eller egenskapen i muskelpopulationen densamma.

Gene-enheter är ärvda av mer än 50 procent av avkomman. Detta ger dem möjlighet att successivt öka frekvensen av ett drag över följande generationer, vilket är en fördel jämfört med den potentiella användningen av andra GM-myggor.

Etik för att ändra vilda myggpopulationer

Vi har utformat en genkörning som riktar sig till fertilitetsgener som är nödvändiga för utvecklingen av kvinnliga myggor. När dessa gener störs kan den kvinnliga insekten inte bita eller producera avkommor.

Fördelen med gendrivningar är att vi bara kan rikta in sig på Anopheles gambiae arter - en av de primära vektorer som bär sjukdomen i Afrika söder om Sahara - utan att påverka de som inte gör det.

När vi testade vår teknik i labb kunde vi sprida denna egenskap till 100 procent av myggpopulationen i burarna. Konsekvensen av att producera vanliga manliga myggor och sterila honor var att vi förde befolkningen ner till noll inom sex månader.

Det här är första gången en befolkning har undertryckts med en genkörning, om än i laboratoriet.

Gene drive är en snabb och kraftfull genetisk teknik. Förmågan att transformera naturliga populationer utan konstant mänskligt ingrepp gör dem ideala för att komplettera de nuvarande verktygen och metoderna som används för att bekämpa infektionssjukdomar och minska deras ekonomiska och ekologiska börda.

Trots att undertryckningen av burmiga myggpopulationer i labbet är ett landmärke, är ett faktiskt fältutsläpp av en gendrift åtminstone ett decennium långt i framtiden.

Eftersom de kan sprida sig själv och över potentiellt stora geografiska områden, väcker tekniken potentiella etiska problem för användningen. Till exempel vem bestämmer när en gendrivning släpps om full konsensus från de samhällen som påverkas av det inte uppnås? Dessa frågor diskuteras allmänt av forskare, etikister, tillsynsmyndigheter och de som kan påverkas av användningen av gendriven teknik.

Trots det har det vetenskapliga samfundet gjort stora framsteg mot potentiella metoder för att skydda tekniken, inklusive potentialen för mönster som skulle begränsa deras spridning. Det slutliga beslutet om huruvida en genkörning kan släppas i naturen måste göras med de berörda ländernas samtycke och i synnerhet de samhällen som lever med dessa sjukdomar varje dag.

Den här artikeln publicerades ursprungligen på The Conversation av Andrea Crisanti och Kyros Kyrou. Läs den ursprungliga artikeln här.